Полиэтиленовый мешочек наполнен водой. Будет ли он плавать в воде; в глицерине? Плотность полиэтилена 900 $кг/м^{3}$.
$ρ_{пол} = 900 кг/м^{3}$;
$ρ_{в} = 1000 кг/м^{3}$;
$ρ_{гл} = 1260 кг/м^{3}$.
Плотность полиэтиленового мешочка должна быть меньше плотности жидкости. Мешочек имеет меньшую плотность и поэтому будет плавать как в воде, так и в глицерине.
Для решения задачи необходимо понимать физические законы, связанные с плаванием тел, а также знать основные понятия плотности и выталкивающей силы. Разберем их подробно:
Плотность полиэтилена, как указано в задаче, равна $900 \, кг/м^3$.
Плотность глицерина ($\rho_{\text{глицерин}}$) при комнатной температуре составляет примерно $1260 \, кг/м^3$.
Условия плавания тел
Законы плавания тел основываются на законе Архимеда:
На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, которая равна весу вытесненной телом жидкости.
Формула для выталкивающей силы:
$$
F_{\text{выт}} = \rho_{\text{жидкости}} \cdot g \cdot V_{\text{погруженной части}},
$$
где:
$\rho_{\text{жидкости}}$ — плотность жидкости ($кг/м^3$),
$g$ — ускорение свободного падения ($м/с^2$),
$V_{\text{погруженной части}}$ — объем части тела, находящейся в жидкости ($м^3$).
Для того чтобы тело плавало, выталкивающая сила должна быть равна весу тела ($P_{\text{тела}}$):
$$
P_{\text{тела}} = F_{\text{выт}}.
$$
Сравнение плотностей тела и жидкости
Если плотность тела меньше плотности жидкости ($\rho_{\text{тела}} < \rho_{\text{жидкости}}$), то тело будет плавать, поскольку оно вытесняет меньше жидкости, чем весит.
Если плотность тела больше плотности жидкости ($\rho_{\text{тела}} > \rho_{\text{жидкости}}$), то тело утонет, так как оно вытесняет меньше жидкости, чем нужно для компенсации собственного веса.
Если плотности равны ($\rho_{\text{тела}} = \rho_{\text{жидкости}}$), тело будет находиться в состоянии равновесия, полностью погруженное в жидкость.
Учет воды в мешочке
В задаче указано, что полиэтиленовый мешочек наполнен водой. В этом случае нужно учитывать объем и плотность как полиэтилена, так и воды. Масса мешочка складывается из массы полиэтилена и массы воды внутри него, а плотность всей системы (мешочка с водой) рассчитывается, исходя из их общего объема и массы:
$$
\rho_{\text{система}} = \frac{m_{\text{полиэтилен}} + m_{\text{вода}}}{V_{\text{система}}},
$$
где:
$m_{\text{полиэтилен}}$ — масса полиэтилена,
$m_{\text{вода}}$ — масса воды,
$V_{\text{система}}$ — общий объем мешочка (включая объем полиэтилена и воды).
Анализ плавания в воде и глицерине
Для воды: необходимо сравнить плотность системы ($\rho_{\text{система}}$) с плотностью воды ($\rho_{\text{вода}} = 1000 \, кг/м^3$).
Для глицерина: необходимо сравнить плотность системы ($\rho_{\text{система}}$) с плотностью глицерина ($\rho_{\text{глицерин}} = 1260 \, кг/м^3$).
Заключение:
Для ответа на вопрос, будет ли мешочек плавать, нужно учитывать плотность воды внутри мешочка и плотность полиэтилена и сравнивать полученную плотность системы с плотностью жидкости, в которую мешочек помещают.
Пожауйста, оцените решение